CN108946933B - 一种改性聚乙烯微生物载体填料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改性聚乙烯微生物载体填料，采用改性聚乙烯为主体框架材料，经压铸成型，框架表面涂覆有亲水聚合物涂层，涂层经高能电子束照射，从而在改性聚乙烯分子链上引入含氧极性基团，从而与改性聚乙烯牢固结合，形成亲水表面从而增强载体填料的亲水性，填料在水中呈悬浮状态，在外力的作用下，可以在池中上下翻滚，充分与水体接触反应；该载体填料通过径向筋片将多边形环、第一圆环与第二圆环两两牢固连接，使得载体填料长时间使用都不易发生变形，径向筋片上设置凹槽，附着厌氧微生物，为厌氧微生物的生长提供保护，成为优势种群，增加载体上的生物膜量。

Description

一种改性聚乙烯微生物载体填料
技术领域
本发明涉及一种改性聚乙烯微生物载体填料，属于污水处理领域。
背景技术
生物膜移动床工艺是一种吸取了传统活性污泥法和生物接触氧化法的优点，形成的一种新型高效的生物处理工艺。填料经曝气和搅拌等手段在生化池中自由运动，污水连续经过装有填料的反应器时，在填料上生长形成生物膜，生物膜上微生物大量繁殖，异养和自养微生物利用水中的C、N、P等进行新陈代谢，从而起到净化污水的作用。而填料正是生物膜移动床工艺的核心，它的材质和表面性能将直接影响微生物的附着、生长，进而影响废水的处理效果。
目前，市场上常见的聚乙烯生物填料由于亲水性能和生物亲和性较差，导致在挂膜速度、挂膜量及膜与填料的紧密度方面存在不足，如对其进行适当的亲水与生物亲和改性以及活性炭和磁性改性，可望提高填料的传质、挂膜和水处理性能。另外PVC的冲击强度只有3～5kJ/m2，具有冲击强度低、热稳定性差等缺点，导致该填料容易老化，使用寿命较短。同时，大部分填料强度低，材质松软，表面光滑，在水中呈漂浮状，即使在外力的作用下，也形不成全方位的“流化”状态，即不能与池子里的水完全反应。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于污水处理的新型改性聚乙烯微生物载体填料，采用改性聚乙烯为主体，表面涂覆亲水聚合物并用电子束照射以形成永久亲水的表面，填料在水中呈悬浮状态，在外力的作用下，可以在池中上下翻滚，充分与水体接触反应。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种改性聚乙烯微生物载体填料，采用改性聚乙烯为主体框架材料，经压铸成型，框架表面涂覆有亲水聚合物涂层，涂层经高能电子束照射，从而在改性聚乙烯分子链上引入含氧极性基团，从而与改性聚乙烯牢固结合，形成亲水表面。
进一步地，所述主体框架中心为一多边形环，多边形环的每条纵向棱上固定有第一径向筋片，第一径向筋片穿过多边形环外的第一圆环与第二圆环内壁固定；第一圆环外壁与第二圆环内壁之间通过第二径向筋片固定连接，通过这种网状交错的结构，使得多边形环、第一圆环与第二圆环两两牢固连接，从而载体填料具有较大的强度，不易发生松动和变形。
更近一步地，所述第一径向筋片和第二径向筋片表面设有纵向排列的圆形的凹槽，所述凹槽的直径为0.5～2.0mm，深度为0.2～0.5mm，相邻凹槽之间的间距为1.0～3.0mm，凹槽处所受到的水流剪切力小于平面处，易于挂膜，挂膜时间由7-15天降低到3天左右，且凹槽处便于形成厌氧生物膜。
其中，所述改性聚乙烯通过如下方法制备：含有双链的乙烯基硅烷在引发剂的作用下与熔融的聚乙烯反应，形成硅烷接枝聚合物，该聚合物在硅烷醇缩合催化剂的存在下，与硅烷发生水解反应，从而形成网状的氧烷链交联结构，得到改性聚乙烯，参见文献：硅烷接枝交联聚乙烯的结构与性能及其在纳米复合材料中的应用.龚方红.《南京理工大学》，2007。
优选地，所述改性聚乙烯比重为0.95～0.97g/cm3。
所述含氧极性基团包括但不限于与单键相邻的羧基，以及与双键相邻的羧基。
优选地，所述亲水聚合物选自聚乙烯醇、聚乙烯醇-聚乙烯基胺共聚物、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚乙烯亚胺、聚乙烯基胺以及它们的衍生物中的一种或多种的组合。
优选地，所述亲水聚合物平均分子量大于2000道尔顿。
上述改性聚乙烯微生物载体填料在污水处理中的应用也应在本发明的保护范围中。
有益效果：
1、本申请载体填料以改性聚乙烯为主体，表面涂覆亲水聚合物涂层并采用高能电子束照射形成永久亲水性多孔涂层，从而增强载体填料的亲水性，填料在水中呈悬浮状态，在外力的作用下，可以在池中上下翻滚，充分与水体接触反应；
2、本申请载体填料通过径向筋片将多边形环、第一圆环与第二圆环两两牢固连接，使得载体填料长时间使用都不易发生变形，径向筋片上设置凹槽，附着厌氧微生物，为厌氧微生物的生长提供保护，成为优势种群，增加载体上的生物膜量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是该微生物载体填料的横截面示意图；
图2是该微生物载体填料的径向筋片结构示意图；
图3是该微生物载体填料的3D模型效果图。
具体实施方式
如图1至3所示，该微生物载体填料高12mm，直径为25mm，主体框架中心为一六边形环1，边长为2mm，六边形环1的六条纵向棱11上固定有第一径向筋片12，第一径向筋片12穿过六边形环1外的第一圆环2与第二圆环3内壁固定，第一圆环2直径为12mm；第一圆环2外壁与第二圆环3内壁之间通过第二径向筋片21固定连接，第一径向筋片12与第二径向筋片21间隔分布，第一径向筋片12和第二径向筋片21表面设有纵向排列的圆形的凹槽4，凹槽4的直径为1mm，深度为0.4mm，相邻凹槽之间的间距为2mm。
该微生物载体填料的制备过程为：
含有双链的乙烯基硅烷在引发剂的作用下与熔融的聚乙烯反应，形成硅烷接枝聚合物，该聚合物在硅烷醇缩合催化剂的存在下，与硅烷发生水解反应，从而形成网状的氧烷链交联结构，得到改性聚乙烯，通过压铸形成主体框架结构，然后在框架表面涂覆一层聚乙烯醇，并随后用高能电子束照射从而与改性聚乙烯框架表面牢固结合形成永久亲水的表面即得。
将该微生物载体填料按一定比例添加到污水池或厌氧罐内，其中厌氧和缺氧池(罐)需配备搅拌设施，好氧池直接利用曝气，即可实现填料的上下翻滚，由于填料内的凹槽处可增强生物膜的厚度，因此使用该填料的池或罐，同样的处理量，其体积可以减小至常规的1/4。
以制备的载体填料进行A2/O工艺的启动，各反应池填充量均为50％，并处理某城市生活废水，该废水COD100mg/L左右，氨氮35mg/L左右，总磷3mg/L左右，HRT 10h。填料载体上3天出现菌斑，7天挂膜成功。挂膜成功后的出水水质见表1，出水水质达到国家对城市污水排放标准(GB18918-2002)一级A标准。
表1
本发明提供了一种改性聚乙烯微生物载体填料的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种改性聚乙烯微生物载体填料，其特征在于，采用改性聚乙烯为主体框架材料，经压铸成型，框架表面涂覆有亲水聚合物涂层，涂层经高能电子束照射，从而在改性聚乙烯分子链上引入含氧极性基团形成亲水表面；
所述改性聚乙烯通过如下方法制备：含有双链的乙烯基硅烷在引发剂的作用下与熔融的聚乙烯反应，形成硅烷接枝聚合物，该聚合物在硅烷醇缩合催化剂的存在下，与硅烷发生水解反应，从而形成网状的氧烷链交联结构，得到改性聚乙烯。
2.根据权利要求1所述的一种改性聚乙烯微生物载体填料，其特征在于，所述主体框架中心为一多边形环(1)，多边形环(1)的每条纵向棱(11)上固定有第一径向筋片(12)，第一径向筋片(12)穿过多边形环(1)外的第一圆环(2)与第二圆环(3)内壁固定；第一圆环(2)外壁与第二圆环(3)内壁之间通过第二径向筋片(21)固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种改性聚乙烯微生物载体填料，其特征在于，所述第一径向筋片(12)和第二径向筋片(21)表面设有纵向排列的圆形的凹槽(4)，所述凹槽(4)的直径为0.5～2.0mm，深度为0.2～0.5mm，相邻凹槽之间的间距为1.0～3.0mm。
4.根据权利要求1所述的一种改性聚乙烯微生物载体填料，其特征在于，所述改性聚乙烯比重为0.95～0.97g/cm3。
5.根据权利要求1所述的一种改性聚乙烯微生物载体填料，其特征在于，所述含氧极性基团包括但不限于与单键相邻的羧基，以及与双键相邻的羧基。
6.根据权利要求5所述的一种改性聚乙烯微生物载体填料，其特征在于，所述亲水聚合物选自聚乙烯醇、聚乙烯醇-聚乙烯基胺共聚物、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚乙烯亚胺、聚乙烯基胺以及它们的衍生物中的一种或多种的组合。
7.根据权利要求6所述的一种改性聚乙烯微生物载体填料，其特征在于，所述亲水聚合物平均分子量大于2000道尔顿。
8.权利要求1或2所述改性聚乙烯微生物载体填料在污水处理中的应用。
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